Supraleiter
Ein Supraleiter ist ein Material, das unterhalb einer materialabhängigen Temperatur den elektrische Strom verlustfrei leitet - d.h. mit elektrischem Widerstand null - und der bei Abkühlung ein Magnetfeld aus seinem Inneren verdrängt.
Konventionelle Supraleitung
Supraleitung wurde 1911 zuerst bei bei Quecksilber bei Temperaturen nahe des absoluten Temperaturnullpunkts beobachtet. Fast alle metallischen Elemente und viele andere Materialien zeigen unterhalb der (materialabhängigen) Sprungtemperatur Supraleitung.
Die sogenannte klassische Supraleitung wird durch eine Paarbildung von Elektronen (Cooper-Paare) im Supraleiter erzeugt. Bei der normalen elektrischen Leitung entsteht der elektrische Widerstand durch Wechselwirkungen der Elektronen mit Gitterfehlern des Kristallgitters und Gitterschwingungen. Durch die Kopplung der Elektronen im Supraleiter zu Cooper-Paaren wird die Energieabgabe an das Kristallgitter unterdrückt und so der widerstandslose elektrische Stromfluß ermöglicht.
Die vollständige Theorie zur Beschreibung der klassischen Supraleitung beruht auf quantenphysikalischen Effekten (Bardeen, Cooper und Schrieffer Theorie, BCS-Theorie). Die beiden einzelnen Elektronen sind Fermionen, die sich zu einem bosonischen Paar zusammenschliessen, und dabei einen makroskopischen Quantenzustand einnehmen. (vgl. Superfluidität)
Hochtemperatursupraleitung
Die Hochtemperatursupraleitung ist ein relativ neues Forschungsgebiet. Keramische Materialien spezieller Zusammensetzung zeigen Supraleitung schon bei relativ hohen Temperaturen (bis zu 143 K = -130 °C).
Bisher ist die Ursache der hohen Sprungtemperaturen nicht bekannt. Nach dem bisherigen Stand der Theorie erscheint jedoch Supraleitung bei Zimmertemperatur (20°C) kaum möglich zu sein.
Eigenschaften supraleitender Materialien
Neben dem verschwindenden ohmschen Widerstand ist der Meissner-Ochsenfeld-Effekt (Verdrängung von Magnetfeldlinien aus dem Supraleiter) ein Charakteristikum für Supraleitung.
Anwendungen
Aus supraleitenden Spulen hergestellte Elektromagnete werden genutzt, um hohe Magnetfeldstärken herzustellen.
Der Josephson-Effekt wird ausgenutzt, um schwache magnetische Felder mittels einer supraleitenden Schleife zu messen.